No.1 复合石墨烯使半导体更好地工作

沉积在石墨烯上面的半导体聚合物材料导电能力非常好，可以促进新的电子设备的发展。

石墨烯－具有高的电性能、柔软性和强度的单原子层厚的碳片层结构－在促进电子产品、太阳能电池的发展，保护涂层以及其他方面拥有巨大的潜力。将石墨烯与其他材料组合，可以进一步扩大其应用范围。

在斯坦福线性加速器中心国家加速器实验室能源中心进行的实验致力于研究结合了石墨烯的高分子半导体的性能。他们发现与在硅薄层上相比，在单层石墨烯上得到地高分子薄层能更好地传输电子。

但是该团队也有一些意料之外的发现。 虽然和较厚的薄膜相比，薄层聚合物薄膜应使电子能xxx地转移，Barbero和他的团队发现在石墨烯上沉积50纳米厚的聚合物薄层的导电性能是20纳米厚的聚合物的50倍。

通过更好的控制半导体薄膜的厚度和晶体化结构，设计效率更高的石墨烯基有机电子设备是可能的。“最有可能从该研究工作收益的领域是下一代光伏装置和柔性电子器件。”

No.2 单原子层锗——电子产业的未来？

（图片来源：美國俄亥俄州立大學）

2013年，Goldberger的实验室第一个成功制备出了单原子层锗—由于它非常薄，因此你可以把它看成是二维的。在那之后，他和他的研究小组就一直在研究单锗原子间的共价键，并向其中掺杂锡单质制备复合材料。

他们的目标是制备一种运输电子效率10倍于硅的材料，并且具有更好的光学性能，后者是提高LED和激光器效率的关键。

“通过调节单锗的原子键，我们就可以改变材料的电子结构，也就可以控制单锗吸收能量的多寡。” Goldberger解释道。“因此，理论上我们是可以制造出一种能吸收所有波长的光的材料，或者能吸收不同光的材料，这统统取决于原子键。”

该研究小组试图从传统的硅工业制法中获得启发，以便单锗能尽快产业化。

除了在传统的半导体工业中有强大的潜力外，掺杂了锡的单锗更是有惊人的表现：在室温下电导率达100%。Goldberger教授解释道，较重的锡原子让单锗变成了一种2D的“拓扑绝缘体”，这意味着该材料仅在边缘导电。理论上要制备这种材料，上表面与下表面之间成的键得非常特殊，比如像OH键。

Goldberger的实验室还确认，这种材料的化学稳定性非常好。他们制备了锡原子掺杂率为9%的单锗，发现锡原子能与单锗原子层上下的羟基成键。目前，Goldberger的研究团队正致力于制备纯锡的二维衍生物。

No.3 最坚固的xx材料为何物？

用扫描电子显微镜得到的帽贝牙齿的图像。（来源：普茨茅斯大学）

据国外科技媒体本周报道：一项新的研究指出，帽贝牙齿可能是人类迄今所知的最坚固的xx材料。普茨茅斯大学的研究人员发现一种称为帽贝的微小水生动物－一种具有蜗牛般圆锥壳的生物－具有异常坚固的牙齿。

如果可以模仿帽贝牙齿的生物结构，这将可以帮助制造最坚固的飞机、汽车和轮船。在原子力显微镜的帮助下，研究人员研究了在原子尺度下帽贝牙齿的机械性能。

该研究是在普茨茅斯大学工程学院Asa Barber教授的带领下完成的。他发现帽贝牙齿包含一种叫针铁矿的矿物质，这种矿物质是在帽贝生长过程中形成的。

No.4 用虾壳制作太阳能电池

伦敦玛丽女王大学的研究人员首次成功开发了能发电的太阳能电池，这种电池采用的化学品来自于虾等甲壳类动物的壳。

和贵金属钌或铂比起来（如今纳米结构太阳能电池中常用的元素），在壳中发现的甲壳素和壳聚糖材料是非常丰富的，而且更便宜。

目前用生物质材料制造的太阳能电池的效率非常低，但是如果可以将效率提高的话，它们可以替换到任何方面，从用于平板电脑、手机、智能手表的可穿戴式充电器，到半透膜等。

来自伦敦玛丽女王大学工程和材料科学学院的研究人员采用水热碳化过程制备了碳量子点，其原料是甲壳类贝壳中的一种化学物质。然后他们在氧化锌纳米棒外层包覆这种碳量子点来制备太阳能电池。

该项目的研究人员Joe Briscoe博士说，“这会是一种制备多功能、快速而且简单的生产太阳能电池的好方法，而且原料易得且可持续。一旦我们能提高它们的效率，它们可以被用于当前太阳能电池应用的各个方面，尤其是用于充电电池。”

No.5 新型纸状材料助力电动车电池发展

扫描电子显微镜图像：（a）烘干后的SiO2纳米纤维；（b）高倍率下SiO2纳米纤维；（c）腐蚀之后的硅纳米纤维；（d）高倍率下的硅纳米纤维。

据国外科技媒体本周报道，加州大学河滨分校伯恩斯工程学院开发了一种可用于锂离子电池的新型纸状材料，它可以成倍地提高电池单位重量可传输的能量。这种纸状材料是由厚度还不及人类头发百分之一的海绵状硅纳米纤维材料制成的，它能被用于电动汽车的电池和个人电子设备中。

常规生产的锂离子电池的阳极是用涂覆有石墨混合物、导电添加剂和聚合物粘合剂的铜箔制成的。但是，由于石墨的性能已经被发掘出来，研究人员正在实验其他的材料，例如硅材料。硅具有的特定容量或每单位重量电池具有的电荷量比石墨高出近10倍。

No.6 “银玻璃”—成本低廉的滤色镜

研究人员研发出了一种新技术，能把银色转化为彩虹七色中的任意一色。这种快速、成本低廉的方法可以取代目前用于各种电子显示器的滤色镜。随着氧化层厚度变化，薄膜颜色的改变。采用聚焦离子束技术组合。

这种滤波器的关键在于“类三明治”结构。Aydin和他的研究团队设计了一个三层结构，两层薄薄的银膜夹着石英层。银膜层非常的薄以至于光可以通过，但只允许特定颜色到达石英层，并反射掉其余颜色的光。通过改变银膜层的厚度，我们就可以过滤掉不同颜色的光。

这项研究由空军科学研究处资助，于2015年1月28日发表在《ACS Photonics》上。PhD学生Zhongyang Li和博士后研究员Serkan Butun为共同作者。

No.7 新型自伸缩材料

（图片来源：polymer）

大部分材料在受热时都会膨胀，不过，我们将要介绍的一种像橡皮一样的新材料不仅可以在冷却时自动收缩，而且可以在受热时恢复形变，并且这一过程不需要任何外力。

这一发现最近发表在《ACS Macro Letters》上。这种材料很像形状记忆聚合物（SMP），因为它可以在两种不同形状间切换。“然而，不像其他的SMP一样需要设定好一个周期，它可以在无外力作用下反复改变形状，只需要加热或者冷却，”Mitchell Anthamatten解释说，他是化工系的助理教授。

为了实现这一策略，研究人员通过结晶作用在材料内部引入了一个xx存在的压力。他们发现内部结晶产生的压力远大于材料沿着特定方向形变所需的外力。

Anthamatten认为这种材料能大量应用于各种实际操作中需要可逆形变材料的场合，像生物技术、人工肌肉以及机器人。

No.8 新技术助力开发可靠高效的薄膜太阳能电池

据国外科技媒体报道，康奈尔大学的研究人员提出了一种优化钙钛矿太阳能电池制造过程的方法，可生产薄的、可靠、高效且成本低廉的太阳能电池。该研究发表在《自然通讯》杂志上。

康奈尔大学的研究人员正在研究有机－无机金属卤化物钙钛矿材料，这是一种具有独特晶体结构的光伏材料。该研究团队使用一种叫做非卤化物醋酸铅的新颖液体原料开发了近乎xx的太阳能电池。虽然钙钛矿型太阳能电池在过去数年间发展迅猛，但是这类电池的一些基本性质却并没有被xx理解。

为了进一步发展太阳能电池，研究人员尝试了不同含铅盐的液体，并研究了膜中形成的某些阴离子的作用。然后，在康奈尔高能同步加速器装置的帮助下，他们观察了钙钛矿晶体结构的不同之处，这有助于他们获得理想的起始溶液。

通过选择合适的化学前驱体和简单的一步溶液铸造工艺，我们获得了平整表面的钙钛矿薄膜，其平整程度超过了蒸镀薄膜，且具有可观的转换效率。

No.9 用大数据定制更好的催化剂

化学家在化学反应的关键步骤获得了足够的数据，这将有助于预测xxx的催化剂结构，即加速产生最少副产物的反应过程。这种新方法不只能帮助设计更好的催化剂，甚至是全新的催化剂。

犹他大学的化学家在化学反应的关键步骤获得了足够的数据，这将有助于化学家预测xxx的催化剂结构，即加速产生最少副产物的反应过程。该图显示了催化剂基板对的预测效率与测定效率（通过能量差表示）。

今年二月13日《科学》杂志上发表的一项新研究表明，犹他大学的化学家在化学反应的关键步骤获得了足够的数据，这将有助于化学家预测xxx的催化剂结构，即加速产生最少副产物的反应过程。“我们能近乎xx地预测该反应中任何催化剂的催化性能。”犹他大学化学教授Matthew Sigman说。

Sigman介绍，这种新方法能帮助化学家不只是设计更好的催化剂，甚至是全新的催化剂。随着对力对分子结合以及形状改变的作用有了更清晰的认识，化学家可以利用现在被认为不重要或者不可能的相互作用加以控制。

No.10 使用超级计算机发现新型晶体管材料

该图是拓扑绝缘体的示意图，材料仅仅在边沿导电。它表示计算的单层过渡金属二硫属化物中1T'-MoS2的结构相态的边缘密度。（图片来源：Qian等。）

科学家使用超级计算机发现具有量子自旋霍尔效应的材料。该研究结果发表在2014年12月出版的《科学》杂志上，在该研究论文中他们提出了一种由这些材料制成的新型晶体管。

该研究团队包括Ju Li，Liang Fu，XiaofengQian和Junwei Liu，以及麻省理工学院（MIT）物质拓扑相和二维材料的研究领域的专家。他们使用德克萨斯高级计算中心Stampede和Lonestar超级计算机计算材料的电子结构。

对于Qian 和他的同事来说更大的目标是找到具有杰出性能的新型材料。他们的目标是具有室温量子自旋霍尔效应的绝缘子。这种绝缘子是近二维材料，它可以阻断电流（除沿其边缘）。沿着边沿你可以在一个方向上获得向上旋转电子流，而在另一个方向获得向下旋转电子流。Qian解释道。“通常情况下，你可以想象，通过控制载流子的入射，我们能获得自旋电子或电子。

（转自：新材料在线）

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